JP3921631B2 - 電気洗濯機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外枠と、前記外枠内に防振支持した外槽と、前記外槽に内包され、底部に回転翼を有して洗いと濯ぎと脱水を行う洗濯兼脱水槽と、前記回転翼および／または洗濯兼脱水槽を回転駆動する電動機を含む駆動手段と、前記外槽内に給水する給水手段と、前記外槽内の水を排水する排水手段と、前記駆動手段，給水手段および排水手段を制御して洗い，濯ぎおよび脱水の各工程を実行する制御手段とを備え、前記制御手段は、交流電源からの電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、この整流回路から出力する直流電圧をこれよりも高い電圧値の直流電圧に昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路から出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機を駆動するインバータと、前記昇圧回路およびインバータを制御する電動機制御装置とを備えた電気洗濯機が提案されている。この電気洗濯機は、効率の良い洗濯と脱水を実現することができる（例えば、特開２００１−１７７７１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電気洗濯機は、電動機を駆動するインバータに供給する電圧を広範囲に制御するためには昇圧能力が大きい昇圧回路が必要であり、制御手段が高価になる問題がある。
【０００４】
本発明の１つの目的は、安価な制御手段によって効率良い洗濯および脱水を実現することができる電気洗濯機を提案することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、簡易な昇圧回路を使用した制御手段によって効率良い洗濯および脱水を実現することができる電気洗濯機を提案することにある。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、外槽に濯ぎ水を溜めた状態で前記洗濯兼脱水槽を回転させる濯ぎ工程（オーバーフロー・循環濯ぎ）を実行する電気洗濯機に好適な制御手段を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転翼を回転させる洗いおよび脱水工程においては前記昇圧回路の動作を休止させた状態で前記倍電圧整流回路の出力電圧をそのまま通過させて前記インバータに供給し、前記外槽に濯ぎ水を溜めた状態で前記洗濯兼脱水槽を回転させて実行する濯ぎ工程において前記昇圧回路を動作させて前記倍電圧整流回路の出力電圧を昇圧して前記インバータに供給するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は、この実施の形態における電気洗濯機の縦断側面図である。この電気洗濯機において、１は電気洗濯機の外枠で、内部機構の周囲を包囲する筐体を構成する。２は、外枠１内に設けた洗濯槽兼脱水槽であり、その上部の縁部にバランスリング３を備える。この洗濯槽兼脱水槽２の底部の内側には回転自在に撹拌翼４を備える。
【００１０】
５は外槽であり、その内部に前記洗濯槽兼脱水槽２および撹拌翼４を回転自在に収容する。この外槽５の上端には、内側に環状に庇部６ａを迫り出させた環状の槽カバー６を嵌着して取り付ける。この槽カバー６の庇部６ａの下面は、前記バランスリング３の上面に対面し、外槽５の内壁面に沿って回転しながら迫り上がってきた濯ぎ水を洗濯兼脱水槽２内に向けて誘導する散水誘導路７と散水口７ａを形成する。また、外槽５の上部には、この外槽５の内壁面に沿って迫り上がってきた濯ぎ水の一部を槽外に溢水させる溢水口５ａを設ける。
【００１１】
外槽５の底部の外側にはブラシレス直流電動機を内蔵する電動駆動装置８を鋼板製の取り付けベース９によって取り付け、この外槽５は、外枠１の上端四隅から防振支持装置１０によって懸垂支持する。
【００１２】
衣類投入開口１１ａを備えた上カバー１１は、外槽５の上に設ける。この上カバー１１は、枠体１の上部開口を覆うように開口端縁に嵌め込み、フロントパネル１２およびバックパネル１３と共に取り付けねじ（図示省略）によって枠体１に取り付ける。
【００１３】
上カバー１１の前部に位置してフロントパネル１２の下方に形成されるフロントパネルボックス１４は、操作スイッチである入力スイッチ群と報知手段である表示素子群およびブザーとを備えた操作パネル１５と、操作パネル制御装置１６と、外槽５内の水位に応じた水位検出信号を発生する水位センサ１７を収容する。入力スイッチ群は、図示説明は省略するが、電源スイッチと、洗濯物の汚れの程度（汚れ多め，標準汚れ，汚れ少なめ）を設定するスイッチと、ドライマーク衣料洗濯を設定するスイッチと、布団洗濯を設定するスイッチと、スタートス／停止イッチを備える。その他、洗濯あるいは濯ぎの水流の強さを選択するスイッチを設けており、また布質を表わすスイッチを設けている。
【００１４】
上カバー１１の後部に位置してバックパネル１３の下に形成されるバックパネルボックス１８が設けられる。このバックパネルボックス１８には、入水側を受水口１９に接続し、出水側を注水口２０に接続する給水電磁弁２１を収容する。注水口２０は、洗濯槽兼脱水槽２の開口に向けて放水するように形成する。バックパネルボックス１８には、必要に応じて、風呂水などの水を洗濯槽兼脱水槽２に供給するためのポンプ（図示省略）や、前記給水電磁弁２１からの水道水から金属イオンを取り除いて注水口２０に供給するフィルター（イオン交換樹脂）装置（図示省略）を設置する。
【００１５】
上カバー１１に形成した衣類投入開口１１ａは、蓋２２によって開閉自在に覆う構造としている。
【００１６】
外槽５の底部に形成した排水口５ｂは、排水電磁弁２３を介して排水ホース２４に接続している。また、この排水口５ｂの近傍に洗濯水の汚れの程度を電気信号に変換する導電度センサ２５を設置する。この導電度センサ２５は、例えば、特許第２７５３３８７号公報に開示されているようなセンサを使用する。
【００１７】
また、外槽５の下方にはエアートラップ５ｃを設け、このエアートラップ５ｃはエアーチューブ２６を介して前記水位センサ１７に接続して外槽５内の水位を検出する。また、外槽５に形成した前記溢水口５ａは、溢水パイプ２７を介して前記排水ホース２４に接続する。
【００１８】
枠体１の下方には、四隅に脚２８を取り付けた合成樹脂製のベース２９を装着する。
【００１９】
前記電動駆動装置８はカバー３０により覆って防水する。この電動駆動装置８は、駆動電動機として、制御性に優れたブラシレス直流電動機を備えている。このブラシレス直流電動機への給電は、インバータを内蔵する主制御装置４０により行う。この主制御装置４０は、この電気洗濯機における制御手段を構成するものであって、前記操作パネル制御装置１６からの指示および水位センサ１７，導電度センサ２５からの検出信号に応じて電動駆動装置８と給水電磁弁２１および排水電磁弁２３を制御して洗濯および脱水工程を実行する。電動駆動装置８のブラシレス直流電動機への給電制御は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御およびＰＡＭ（パルス電圧変調）制御を行って広範囲な出力調整を実行するように構成する。
【００２０】
主制御装置４０は、外槽５の下に位置するように前記ベース２９に形成した取り付け部２９ａに載置して設ける。
【００２１】
図２は、この電気洗濯機の電気系のブロック図であり、操作パネル制御装置１６を主制御装置４０と一体化した構成で示している。
【００２２】
主制御装置４０は、マイクロコンピュータ４１と電動機制御装置として機能する負荷駆動装置４２を備える。マイクロコンピュータ４１は、洗濯，脱水およびイオン交換樹脂再生工程を制御する制御プログラムを内蔵し、入力スイッチ群１５ａ，水位センサ１７および導電度センサ２５からの信号を入力し、洗濯，脱水およびイオン交換樹脂再生制御プログラムを実行することにより、給水電磁弁２１と排水電磁弁２３と電動駆動装置８のブラシレス直流電動機８１とクラッチ機構８２を駆動して洗濯，脱水およびイオン交換樹脂再生工程を実行するように負荷駆動装置４２を制御し、表示素子群１５ｂを点灯／消灯制御することによって運転状態を報知する。
【００２３】
ここで、ブラシレス直流電動機８１を駆動する負荷駆動装置４２の制御系について図３を参照して説明する。
【００２４】
４２ａは商用電源である交流電源、４２ｂはインダクタンス素子、４２ｃ，４２ｄは整流ダイオード、４２ｅ，４２ｆは平滑コンデンサ、４２ｇインダクタンス素子、４２ｈはダイオード、４２ｉはスイッチング素子、４２ｊは平滑コンデンサ、４２ｋは直流電圧検出器、４２ｍ，４２ｎはスイッチング素子、４２ｐ，４２ｑはフリーホイールダイオード、４２ｒは電動機制御装置であり、整流ダイオード４２ｃ，４２ｄと平滑コンデンサ４２ｅ，４２ｆは倍電圧整流回路４２ｓを構成し、インダクタンス素子４２ｇとダイオード４２ｈとスイッチング素子４２ｉは昇圧回路４２ｔを構成し、スイッチング素子４２ｍ，４２ｎとフリーホイールダイオード４２ｐ，４２ｑはブリッジ回路の上アームと下アームを形成し、同様に形成した他のアーム（図示省略）と共にインバータ４２ｕを構成する。
【００２５】
倍電圧整流回路４２ｓは、交流電源４２ａから入力した交流電圧（１００Ｖ）を倍電圧整流した直流電圧（約２８０Ｖ）を出力する。この実施の形態における倍電圧整流回路４２ｓは、２倍電圧整流回路の構成であるが、Ｎ倍（Ｎ＝３，４…）に構成することができる。
【００２６】
昇圧回路４２ｔは、動作を休止した状態では、倍電圧整流回路４２ｓから出力される直流電圧をそのまま通過させて平滑コンデンサ４２ｊを充電し、動作した状態では、倍電圧整流回路４２ｓから出力される直流電圧を昇圧して平滑コンデンサ４２ｊを充電する。昇圧回路４２ｔによる昇圧は、スイッチング素子４２ｉをオンすることによりインダクタンス素子４２ｇにエネルギー蓄積電流を流し、次に、スイッチング素子４２ｉをオフすることにより、インダクタンス素子４２ｇに蓄えたエネルギーを放出させてダイオード４２ｈを通して平滑コンデンサ４２ｊを充電することにより実現する。平滑コンデンサ４２ｊの充電電圧の高さは、スイッチング素子４２ｉのオン／オフのデューティ比によって制御することが可能であり、例えば、３００〜４００Ｖになるようにスイッチング素子４２ｉをオン／オフさせる。
【００２７】
インバータ４２ｕは、入力する直流電圧を上アームのスイッチング素子４２ｍと下アームのスイッチング素子４２ｎでスイッチングして通流率を変化することで、ブラシレス直流電動機８１への供給電圧をＰＷＭ制御して速度制御を実現する。
【００２８】
なお、ブラシレス直流電動機８１は、回転位置検出器８１ａを備える。
【００２９】
そして、電動機制御装置４２ｒは、マイクロコンピュータ４１からの指示に従って、ブラシレス直流電動機８１を駆動するための制御を実行する。すなわち、電動機制御装置４２ｒは、回転位置検出器８１ａからの検出信号Ｓ１に基づいてブラシレス直流電動機８１の回転子の回転角度を認識し、直流電圧検出器４２ｋからの検出信号Ｓ２に基づいてインバータ４２ｕの入力電圧を認識し、昇圧回路４２ｔを制御する制御信号Ｓ３およびインバータ４２ｕを制御する制御信号Ｓ４を出力する処理を実行してブラシレス直流電動機８１の駆動を制御する。
【００３０】
主制御装置４０のマイクロコンピュータ４１は、具体的には、洗濯および脱水工程において、次のような制御処理を実行する。図４に示したタイムチャートを参照して説明する。
【００３１】
洗い工程においては、水位センサ１７の検出信号を監視しながら給水電磁弁２１を開閉制御することにより所定水位まで洗い水を給水し、電動駆動装置８のブラシレス直流電動機８１とクラッチ機構８２を制御することによって洗濯兼脱水槽２を静止状態に保持すると共に撹拌翼４を回転（正方向回転，停止，逆方向回転の繰り返し）させて洗濯物を撹拌する。
【００３２】
濯ぎ工程（１）においては、先ず、排水電磁弁２３を開放して外槽５および洗濯兼脱水槽２内の洗い水を排水口５ｂから排水ホース２４に排水し、更に、電動駆動装置８を制御することによって撹拌翼４と洗濯兼脱水槽２を一体的に回転させて洗濯物に含まれている洗い水を軽く遠心脱水する。この脱水は、洗い水の一部が残っている状態で起動する。その後、排水電磁弁２３を閉じ、給水電磁弁２１を開いて水位センサ１７の検出信号を監視しながら所定の溜め濯ぎ水位まで給水し、洗い工程と同様に、洗濯兼脱水槽２を静止状態に保持すると共に撹拌翼４を回転（正方向回転，停止，逆方向回転の繰り返し）させて洗濯物を撹拌する溜め濯ぎを実行する。この溜め濯ぎの終盤には、洗濯物の片寄りを解き解すバランス撹拌を実施する。
【００３３】
その後、撹拌翼４の回転を停止し、排水電磁弁２３を開いて濯ぎ水を溜め濯ぎ水位よりも低い水位（溜め濯ぎ水位の１／２程度）まで排水する。そして、撹拌翼４と洗濯兼脱水槽２を一体的に回転駆動する。このときの回転駆動速度は、洗濯兼脱水槽２に１次共振が発生する回転速度よりも低い回転速度に設定する。この実施の形態においては、１５０ｒｐｍに設定した。
【００３４】
外槽５に溜っている濯ぎ水の中で洗濯兼脱水槽２が回転すると、濯ぎ水は、洗濯兼脱水槽２の回転に連れて回転し、この回転によって発生する遠心力によって外槽５内の側壁内面に沿って迫り上がる。このように外槽５内の側壁内面に沿って回転しながら迫り上がった濯ぎ水は、その大半が槽カバー６によって案内されて散水誘導路７から散水口７ａに導かれて該散水口７ａから洗濯兼脱水槽２内に放出（散水）されて循環し、他の一部は、溢水口５ａから溢水して溢水パイプ２７を経由して排水パイプ２４に排水され、オーバーフロー・循環濯ぎとなる。
【００３５】
このように洗濯兼脱水槽２を回転させる濯ぎを行うと、濯ぎ水の一部が溢水口５ａから排水されることから、外槽５内の濯ぎ水が減少する。そこで、洗濯兼脱水槽２の回転を停止し、給水電磁弁２１を開閉制御して補給水し、再び洗濯兼脱水槽２を回転させるこのような濯ぎを複数回繰り返す。この実施の形態においては、洗濯兼脱水槽２を３０秒間回転させて１０秒間停止する回転駆動を３回繰り返し、１０秒間の停止の間に補給水するようにし、その後、洗濯物の片寄りを解き解すバランス撹拌を実行する。
【００３６】
この実施の形態では、前述したと同様な濯ぎ工程（２）を実行し、２回の濯ぎを実施するようにしたが、導電度センサ２５からの検出信号を監視しながら好ましい濯ぎ結果が得られるように各制御処理内容（撹拌翼の回転時間や洗濯兼脱水槽の回転時間や補給水時間や繰り返し回数など）を適宜変更すると良い。
【００３７】
このような濯ぎ工程は、外槽５および洗濯兼脱水槽２内の濯ぎ水量を減少させた状態で全体的に循環させながらその一部を溢水させて排水するオーバーフロー・循環濯ぎを行うことができるので、少ない濯ぎ水によって洗濯物を効率良く濯ぐことができる。
【００３８】
脱水工程においては、排水電磁弁２３を開いて外槽５内の濯ぎ水を排水し、外槽５内の濯ぎ水が所定の水位まで低下したときに電動駆動装置８を制御して洗濯兼脱水槽２と撹拌翼４を一体的に高速回転させるように起動し、９５０ｒｐｍ程度の回転速度まで上昇させて洗濯物に含まれている濯ぎ水を遠心脱水する。
【００３９】
前述した洗濯および脱水の各工程の制御において、マイクロコンピュータ４１は、洗い，溜め濯ぎ，脱水の各工程では、昇圧回路４２ｔの動作を休止させた状態に制御し、倍電圧整流回路４２ｓから出力する直流電圧（約２８０Ｖ）をそのまま通過させてインバータ４２ｕに供給し、外槽５に濯ぎ水を溜めた状態で洗濯兼脱水槽２を回転させて実行する濯ぎ工程（オーバーフロー・循環濯ぎ）においては、昇圧回路４２ｔを動作状態として倍電圧整流回路４２ｓから出力する直流電圧（約２８０Ｖ）を約４００Ｖの直流電圧に昇圧してインバータ４２ｕに供給する電圧制御を実行する。
【００４０】
ブラシレス直流電動機８１から大きな出力トルクを得るためには、大きな駆動電流または高い駆動電圧が必要である。一般には、駆動電流を大きくするとブラシレス直流電動機８１の抵抗損失（銅損）が増加して温度上昇が問題となることから、昇圧回路によって駆動電圧の大きさを制御する電圧制御を併用する制御方式が提案されているが、広範囲の電圧制御を実行するためには昇圧能力の大きい昇圧回路が必要となって、高価になると共に昇圧回路の損失も問題になる。
【００４１】
しかしながら、前述したように、ブラシレス直流電動機８１を駆動するインバータ４２ｕへの供給電圧は、洗い，溜め濯ぎ，脱水の各工程においては倍電圧整流回路４２ｓによって整流しながら約２８０Ｖの直流電圧に昇圧して生成し、オーバーフロー・循環濯ぎにおいては、倍電圧整流回路４２ｓから出力する直流電圧（約２８０Ｖ）を昇圧回路４２ｔによって約４００Ｖの直流電圧に昇圧して生成するようにしている。従って、洗い，溜め濯ぎ，脱水の各工程において供給する高い直流電圧は、昇圧回路４２ｔの動作を休止させた状態で、倍電圧整流回路４２ｓによって、低損失で生成することができる。また、負荷の大きいオーバーフロー・循環濯ぎにおいて供給する更に高い直流電圧は、昇圧回路４２ｔを動作状態にすることによって生成するが、この昇圧回路４２ｔは、倍電圧整流回路４２ｓから出力する高い直流電圧を入力して昇圧するので、昇圧量を少なくすることができ、また、高電圧で少ない電流のオン／オフ制御であるのでインダクタンス素子４２ｇやスイッチング素子４２ｉの損失が少なくなり、更に、動作させる時間が短いので損失量も少なく、簡易な構成で効率良く生成することができる。従って、構成が簡単で安価な制御手段とすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、倍電圧整流回路と昇圧回路を洗濯および脱水工程に応じて合理的に使用してインバータに高い直流電圧を給電し、ブラシレス直流電動機を駆動するように構成したことにより、安価な制御手段によって効率良い洗濯および脱水を実現することができる。特に、この制御手段は、外槽に濯ぎ水を溜めた状態で洗濯兼脱水槽を回転させる濯ぎ工程（オーバーフロー・循環濯ぎ）を実行する電気洗濯機において顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す電気洗濯機の縦断側面図出ある。
【図２】図１に示した電気洗濯機の電気系のブロック図である。
【図３】図２に示した電気系におけるブラシレス直流電動機を駆動する負荷駆動装置の制御系のブロック図である。
【図４】図１に示した電気洗濯機における主制御装置のマイクロコンピュータが実行する洗濯および脱水工程における制御処理のタイムチャートである。
【符号の説明】
１…外枠、２…洗濯兼脱水槽、４…回転翼、５…外槽、８…電動駆動装置、４０…主制御装置、４１…マイクロコンピュータ、４２…負荷駆動装置、４２ｒ…電動機制御回路、４２ｓ…倍電圧整流回路、４２ｔ…昇圧回路、４２ｕ…インバータ、８１…ブラシレス直流電動機。

Claims (4)

1. 外枠と、前記外枠内に防振支持した外槽と、前記外槽に内包され、底部に回転翼を有して洗いと濯ぎと脱水を行う洗濯兼脱水槽と、前記回転翼および／または洗濯兼脱水槽を回転駆動する電動機を含む駆動手段と、前記外槽内に給水する給水手段と、前記外槽内の水を排水する排水手段と、前記駆動手段，給水手段および排水手段を制御して洗い，濯ぎおよび脱水の各工程を実行する制御手段とを備えた電気洗濯機において、
   前記制御手段は、交流電源からの電源電圧を直流電圧に変換する倍電圧整流回路と、この倍電圧整流回路から出力する直流電圧をこれよりも高い電圧値の直流電圧に昇圧する昇圧回路と、この昇圧回路から出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機を駆動するインバータと、前記昇圧回路およびインバータを制御する電動機制御装置とを備え、
   前記電動機制御装置は、回転翼を回転させる洗いおよび脱水工程においては前記昇圧回路の動作を休止させた状態で前記倍電圧整流回路の出力電圧をそのまま通過させて前記インバータに供給し、前記外槽に濯ぎ水を溜めた状態で前記洗濯兼脱水槽を回転させて実行する濯ぎ工程において前記昇圧回路を動作させて前記倍電圧整流回路の出力電圧を昇圧して前記インバータに供給するように構成したことを特徴とする電気洗濯機。
2. 請求項１において、前記倍電圧整流回路は、任意のＮ倍電圧整流回路（Ｎ＝３，４…）であることを特徴とする電気洗濯機。
3. 請求項１または２において、前記昇圧回路は、入力端と出力端の間に直列接続したインダクタンス素子とダイオード素子と、インダクタンス素子にエネルギー蓄積電流を流すスイッチング素子を備えたことを特徴とする電気洗濯機。
4. 請求項３において、前記電動機制御装置は、回転翼を回転させる洗いおよび脱水工程においては前記スイッチング素子をオフ状態に維持し、前記外槽に濯ぎ水を溜めた状態で前記洗濯兼脱水槽を回転させて実行する濯ぎ工程においては前記スイッチング素子をオンオフ制御するように構成したことを特徴とする電気洗濯機。

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